物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

周楊

摘 要 作為一種先進(jìn)管控技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高農(nóng)作物種植的科學(xué)性及監(jiān)測(cè)的有效性具有重要作用。由此，首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)，然后，具體探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2014）21-00-02

物聯(lián)網(wǎng)是指針對(duì)有限管理對(duì)象的特定網(wǎng)絡(luò)，其以完善管理以控制為主旨，利用網(wǎng)絡(luò)、識(shí)別器及傳感技術(shù)等將管理對(duì)象相互連接，從而完成情報(bào)處理、信息識(shí)別與感知、決策執(zhí)行、態(tài)勢(shì)診斷等智能化控制與管理過(guò)程。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，可改善原有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方式，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以節(jié)省大量人力、物理，并采集有效作物及作為環(huán)境信息，提高種植和監(jiān)測(cè)的科學(xué)性。因此，加強(qiáng)有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討，對(duì)于改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 體系及其關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層構(gòu)成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)能夠開(kāi)展基礎(chǔ)服務(wù)的基本條件，其主要用于傳輸感知層獲取的信息，利用廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)等完成信息數(shù)據(jù)的計(jì)算與傳遞。

1.1.2 感知層

感知層主要利用傳感器、RFID電子標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)及讀寫(xiě)器等，完成對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的識(shí)別、感知與信息獲取，然后將獲取的信息同網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交互與共享[1]。

1.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是完成輸入輸出的控制終端，其主要用于數(shù)據(jù)處理分析與決策，其可通過(guò)PC機(jī)和現(xiàn)代智能手機(jī)等采用智能化應(yīng)用程序完成特定服務(wù)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的交互。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)主要采用較多的傳感器節(jié)點(diǎn)按照無(wú)線通信模式架構(gòu)成一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的融合處理、量化采集及應(yīng)用傳輸?shù)冗^(guò)程。所以，傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各類(lèi)對(duì)象信息及環(huán)境進(jìn)行采集、感知和監(jiān)測(cè)，由此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算分析的服務(wù)。

1.2.2 傳感器技術(shù)

傳感器是完成對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的重要手段，且是物理網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的關(guān)鍵，主要用于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所需數(shù)據(jù)信息的收集。傳感器通常由轉(zhuǎn)換元件、敏感元件構(gòu)成，根據(jù)位移、電、濕度、熱、聲、力和光等信號(hào)對(duì)物體信息進(jìn)行感知，進(jìn)而向物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)提供原狀信息。不同類(lèi)型的傳感器其工作原理也大部相同。在傳感器生產(chǎn)技術(shù)不斷更新的推動(dòng)下，逐漸涌現(xiàn)出更多高性能的傳感器類(lèi)型。傳感器的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)傳感器自身的網(wǎng)絡(luò)化與智能化、信息感知2個(gè)方面。

1.2.3 無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

無(wú)線自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要由天線、讀寫(xiě)器及電子標(biāo)簽構(gòu)成，其一般工作原理為：在天線的射頻場(chǎng)內(nèi)放入電子標(biāo)簽時(shí)將會(huì)形成感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽自身被激活而轉(zhuǎn)化為內(nèi)置電源；電子標(biāo)簽利用內(nèi)置天線把標(biāo)簽內(nèi)的存儲(chǔ)信息向外傳遞；讀寫(xiě)器將接收到的信息進(jìn)行解碼和解調(diào)，然后，將信息傳遞到后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施特定處理。此處理過(guò)程完全自動(dòng)化進(jìn)行且能在各類(lèi)非正常環(huán)境下應(yīng)用。當(dāng)前的無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在交通運(yùn)輸、動(dòng)物識(shí)別、物流管理、農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生及產(chǎn)品追蹤中獲得廣泛應(yīng)用[2]。

2 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 農(nóng)業(yè)信息推送

通常認(rèn)為農(nóng)業(yè)信息推送僅僅指天氣預(yù)報(bào)方面，然而當(dāng)代農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展則需要依靠其他大量支撐因素，如將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)中，相關(guān)監(jiān)控人員便能實(shí)施掌握魚(yú)塘數(shù)據(jù)，并對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)短信平臺(tái)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)礁黟B(yǎng)殖戶手中，提醒養(yǎng)殖戶及時(shí)采取疾病預(yù)警、天氣預(yù)警等防護(hù)措施，以盡量降低惡劣環(huán)境因素導(dǎo)致的損失；還有部分地區(qū)將測(cè)土配方及施肥數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)傳輸?shù)睫r(nóng)民手機(jī)中，為農(nóng)民的施肥及播種等提供技術(shù)支撐。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)

目前，國(guó)內(nèi)食品安全問(wèn)題多發(fā)，其中食品監(jiān)管不善是其重要原因之一，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品監(jiān)管中，可為食品質(zhì)量檢測(cè)提供有效支持手段。已研發(fā)出的食品安全追溯系統(tǒng)將無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前畜牧業(yè)食品生產(chǎn)的全過(guò)程中，包括產(chǎn)品加工、飼養(yǎng)、食品流通和防疫滅菌等。如將無(wú)線自動(dòng)識(shí)別芯片注入到生豬身上，對(duì)生豬飼養(yǎng)、屠宰、銷(xiāo)售的總體生命過(guò)程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，特別是對(duì)生豬的飼養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)程，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體溫及生長(zhǎng)環(huán)境等數(shù)據(jù)；待生豬屠宰后，對(duì)各地區(qū)的豬肉銷(xiāo)售店安置電子溯源秤，消費(fèi)者在豬肉購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中可收取有關(guān)視頻安全溯源碼的憑證條，根據(jù)憑證條上的溯源碼對(duì)生豬的屠宰單位、飼養(yǎng)單位、檢疫部門(mén)等信息進(jìn)行查詢。

2.3 生物傳感器

生物傳感器是一種對(duì)生物物質(zhì)反應(yīng)強(qiáng)烈并能將生物濃度轉(zhuǎn)化成電信號(hào)實(shí)施檢測(cè)的儀器。其主要將微生物、酶、核酸、細(xì)胞、抗體、組織及抗原等生物活性物質(zhì)制作的敏感材料當(dāng)做基本識(shí)別單元，使用壓電晶體管、氧電極、場(chǎng)效應(yīng)管、光敏管等制作理化換能器，同時(shí)，具備轉(zhuǎn)換器與接收器的功能。生物傳感器是將醫(yī)學(xué)、生物、物理、化學(xué)及電子等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用的高新技術(shù)，其本身具有投資小、高靈敏度、可在惡劣環(huán)境下完成在線連續(xù)監(jiān)測(cè)、選擇性強(qiáng)、分析效率高等優(yōu)點(diǎn)，且其具備集成化、微型化及智能化等優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、動(dòng)植物檢測(cè)等領(lǐng)域中均可適用[3]。

生物傳感器的具體應(yīng)用：（1）空氣濕度、土壤濕度、光照、二氧化碳濃度等對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)都起著非常關(guān)鍵的作用。在溫室內(nèi)使用生物傳感器，利用不同傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)土質(zhì)pH值、成分、濕度、溫度及二氧化碳濃度、氣壓、空氣濕度、光照強(qiáng)度等進(jìn)行測(cè)量，然后在數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上對(duì)溫度環(huán)境、施肥等進(jìn)行自動(dòng)控制，以此為農(nóng)作物生長(zhǎng)營(yíng)造最優(yōu)氛圍。在溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)信息數(shù)據(jù)分析處理，并將傳感器節(jié)點(diǎn)同無(wú)線傳感器結(jié)合，由此將無(wú)線傳感器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍的管理和分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管控的高效化與科學(xué)化。（2）對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)，水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)造成影響，利用生物傳感器可對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)溶氧量、pH值、水溫及氨氮含量等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警，在參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)便采取自動(dòng)防控措施進(jìn)行處理并將事故信息及時(shí)傳輸?shù)金B(yǎng)殖戶手中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可有效改善種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 節(jié)水灌溉無(wú)線傳感網(wǎng)

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，灌溉所需的用水量通常會(huì)占到總用水量的70%以上。因維護(hù)技術(shù)缺陷和人為管理不善等原因，使得當(dāng)前灌溉用水浪費(fèi)非常嚴(yán)重，其有效利用率僅在35%左右。如果能對(duì)土壤墑情信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而調(diào)控灌溉水量及時(shí)機(jī)，由此便能有效改善用水率。若通過(guò)人工定時(shí)進(jìn)行墑情檢測(cè)，不僅會(huì)浪費(fèi)大量人力物力，還會(huì)影響檢測(cè)實(shí)際效果；而使用有線測(cè)控系統(tǒng)，一方面需進(jìn)行綜合布線排線，且擴(kuò)展效果低，另一方面容易給農(nóng)田耕種等造成干擾。所以通過(guò)研發(fā)設(shè)計(jì)出一種以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，此種系統(tǒng)主要采用能耗低的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按照Z(yǔ)igBee自組網(wǎng)模式進(jìn)行架構(gòu)，能對(duì)土壤墑情進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)控。農(nóng)田節(jié)水灌溉控制的自動(dòng)化過(guò)程，不僅能夠提高灌溉用水的利用率，緩解當(dāng)前灌溉用水緊張的難題，還能為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究，總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)使用關(guān)鍵技術(shù)及重要應(yīng)用模式，以逐步改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]曹靜，凡燕，朱科峰，等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于江蘇農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，13（14）：74-75.

[2]朱會(huì)霞，王福林，索瑞霞.物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，6（10）：61-62.

[3]潘明，鐘鋒.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2011，5（35）：57-58.

（責(zé)任編輯：劉昀）endprint

摘 要 作為一種先進(jìn)管控技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高農(nóng)作物種植的科學(xué)性及監(jiān)測(cè)的有效性具有重要作用。由此，首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)，然后，具體探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2014）21-00-02

物聯(lián)網(wǎng)是指針對(duì)有限管理對(duì)象的特定網(wǎng)絡(luò)，其以完善管理以控制為主旨，利用網(wǎng)絡(luò)、識(shí)別器及傳感技術(shù)等將管理對(duì)象相互連接，從而完成情報(bào)處理、信息識(shí)別與感知、決策執(zhí)行、態(tài)勢(shì)診斷等智能化控制與管理過(guò)程。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，可改善原有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方式，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以節(jié)省大量人力、物理，并采集有效作物及作為環(huán)境信息，提高種植和監(jiān)測(cè)的科學(xué)性。因此，加強(qiáng)有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討，對(duì)于改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 體系及其關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層構(gòu)成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)能夠開(kāi)展基礎(chǔ)服務(wù)的基本條件，其主要用于傳輸感知層獲取的信息，利用廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)等完成信息數(shù)據(jù)的計(jì)算與傳遞。

1.1.2 感知層

感知層主要利用傳感器、RFID電子標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)及讀寫(xiě)器等，完成對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的識(shí)別、感知與信息獲取，然后將獲取的信息同網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交互與共享[1]。

1.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是完成輸入輸出的控制終端，其主要用于數(shù)據(jù)處理分析與決策，其可通過(guò)PC機(jī)和現(xiàn)代智能手機(jī)等采用智能化應(yīng)用程序完成特定服務(wù)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的交互。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)主要采用較多的傳感器節(jié)點(diǎn)按照無(wú)線通信模式架構(gòu)成一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的融合處理、量化采集及應(yīng)用傳輸?shù)冗^(guò)程。所以，傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各類(lèi)對(duì)象信息及環(huán)境進(jìn)行采集、感知和監(jiān)測(cè)，由此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算分析的服務(wù)。

1.2.2 傳感器技術(shù)

傳感器是完成對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的重要手段，且是物理網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的關(guān)鍵，主要用于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所需數(shù)據(jù)信息的收集。傳感器通常由轉(zhuǎn)換元件、敏感元件構(gòu)成，根據(jù)位移、電、濕度、熱、聲、力和光等信號(hào)對(duì)物體信息進(jìn)行感知，進(jìn)而向物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)提供原狀信息。不同類(lèi)型的傳感器其工作原理也大部相同。在傳感器生產(chǎn)技術(shù)不斷更新的推動(dòng)下，逐漸涌現(xiàn)出更多高性能的傳感器類(lèi)型。傳感器的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)傳感器自身的網(wǎng)絡(luò)化與智能化、信息感知2個(gè)方面。

1.2.3 無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

無(wú)線自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要由天線、讀寫(xiě)器及電子標(biāo)簽構(gòu)成，其一般工作原理為：在天線的射頻場(chǎng)內(nèi)放入電子標(biāo)簽時(shí)將會(huì)形成感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽自身被激活而轉(zhuǎn)化為內(nèi)置電源；電子標(biāo)簽利用內(nèi)置天線把標(biāo)簽內(nèi)的存儲(chǔ)信息向外傳遞；讀寫(xiě)器將接收到的信息進(jìn)行解碼和解調(diào)，然后，將信息傳遞到后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施特定處理。此處理過(guò)程完全自動(dòng)化進(jìn)行且能在各類(lèi)非正常環(huán)境下應(yīng)用。當(dāng)前的無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在交通運(yùn)輸、動(dòng)物識(shí)別、物流管理、農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生及產(chǎn)品追蹤中獲得廣泛應(yīng)用[2]。

2 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 農(nóng)業(yè)信息推送

通常認(rèn)為農(nóng)業(yè)信息推送僅僅指天氣預(yù)報(bào)方面，然而當(dāng)代農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展則需要依靠其他大量支撐因素，如將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)中，相關(guān)監(jiān)控人員便能實(shí)施掌握魚(yú)塘數(shù)據(jù)，并對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)短信平臺(tái)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)礁黟B(yǎng)殖戶手中，提醒養(yǎng)殖戶及時(shí)采取疾病預(yù)警、天氣預(yù)警等防護(hù)措施，以盡量降低惡劣環(huán)境因素導(dǎo)致的損失；還有部分地區(qū)將測(cè)土配方及施肥數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)傳輸?shù)睫r(nóng)民手機(jī)中，為農(nóng)民的施肥及播種等提供技術(shù)支撐。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)

目前，國(guó)內(nèi)食品安全問(wèn)題多發(fā)，其中食品監(jiān)管不善是其重要原因之一，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品監(jiān)管中，可為食品質(zhì)量檢測(cè)提供有效支持手段。已研發(fā)出的食品安全追溯系統(tǒng)將無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前畜牧業(yè)食品生產(chǎn)的全過(guò)程中，包括產(chǎn)品加工、飼養(yǎng)、食品流通和防疫滅菌等。如將無(wú)線自動(dòng)識(shí)別芯片注入到生豬身上，對(duì)生豬飼養(yǎng)、屠宰、銷(xiāo)售的總體生命過(guò)程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，特別是對(duì)生豬的飼養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)程，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體溫及生長(zhǎng)環(huán)境等數(shù)據(jù)；待生豬屠宰后，對(duì)各地區(qū)的豬肉銷(xiāo)售店安置電子溯源秤，消費(fèi)者在豬肉購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中可收取有關(guān)視頻安全溯源碼的憑證條，根據(jù)憑證條上的溯源碼對(duì)生豬的屠宰單位、飼養(yǎng)單位、檢疫部門(mén)等信息進(jìn)行查詢。

2.3 生物傳感器

生物傳感器是一種對(duì)生物物質(zhì)反應(yīng)強(qiáng)烈并能將生物濃度轉(zhuǎn)化成電信號(hào)實(shí)施檢測(cè)的儀器。其主要將微生物、酶、核酸、細(xì)胞、抗體、組織及抗原等生物活性物質(zhì)制作的敏感材料當(dāng)做基本識(shí)別單元，使用壓電晶體管、氧電極、場(chǎng)效應(yīng)管、光敏管等制作理化換能器，同時(shí)，具備轉(zhuǎn)換器與接收器的功能。生物傳感器是將醫(yī)學(xué)、生物、物理、化學(xué)及電子等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用的高新技術(shù)，其本身具有投資小、高靈敏度、可在惡劣環(huán)境下完成在線連續(xù)監(jiān)測(cè)、選擇性強(qiáng)、分析效率高等優(yōu)點(diǎn)，且其具備集成化、微型化及智能化等優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、動(dòng)植物檢測(cè)等領(lǐng)域中均可適用[3]。

生物傳感器的具體應(yīng)用：（1）空氣濕度、土壤濕度、光照、二氧化碳濃度等對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)都起著非常關(guān)鍵的作用。在溫室內(nèi)使用生物傳感器，利用不同傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)土質(zhì)pH值、成分、濕度、溫度及二氧化碳濃度、氣壓、空氣濕度、光照強(qiáng)度等進(jìn)行測(cè)量，然后在數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上對(duì)溫度環(huán)境、施肥等進(jìn)行自動(dòng)控制，以此為農(nóng)作物生長(zhǎng)營(yíng)造最優(yōu)氛圍。在溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)信息數(shù)據(jù)分析處理，并將傳感器節(jié)點(diǎn)同無(wú)線傳感器結(jié)合，由此將無(wú)線傳感器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍的管理和分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管控的高效化與科學(xué)化。（2）對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)，水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)造成影響，利用生物傳感器可對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)溶氧量、pH值、水溫及氨氮含量等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警，在參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)便采取自動(dòng)防控措施進(jìn)行處理并將事故信息及時(shí)傳輸?shù)金B(yǎng)殖戶手中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可有效改善種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 節(jié)水灌溉無(wú)線傳感網(wǎng)

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，灌溉所需的用水量通常會(huì)占到總用水量的70%以上。因維護(hù)技術(shù)缺陷和人為管理不善等原因，使得當(dāng)前灌溉用水浪費(fèi)非常嚴(yán)重，其有效利用率僅在35%左右。如果能對(duì)土壤墑情信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而調(diào)控灌溉水量及時(shí)機(jī)，由此便能有效改善用水率。若通過(guò)人工定時(shí)進(jìn)行墑情檢測(cè)，不僅會(huì)浪費(fèi)大量人力物力，還會(huì)影響檢測(cè)實(shí)際效果；而使用有線測(cè)控系統(tǒng)，一方面需進(jìn)行綜合布線排線，且擴(kuò)展效果低，另一方面容易給農(nóng)田耕種等造成干擾。所以通過(guò)研發(fā)設(shè)計(jì)出一種以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，此種系統(tǒng)主要采用能耗低的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按照Z(yǔ)igBee自組網(wǎng)模式進(jìn)行架構(gòu)，能對(duì)土壤墑情進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)控。農(nóng)田節(jié)水灌溉控制的自動(dòng)化過(guò)程，不僅能夠提高灌溉用水的利用率，緩解當(dāng)前灌溉用水緊張的難題，還能為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究，總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)使用關(guān)鍵技術(shù)及重要應(yīng)用模式，以逐步改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]曹靜，凡燕，朱科峰，等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于江蘇農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，13（14）：74-75.

[2]朱會(huì)霞，王福林，索瑞霞.物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，6（10）：61-62.

[3]潘明，鐘鋒.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2011，5（35）：57-58.

（責(zé)任編輯：劉昀）endprint

摘 要 作為一種先進(jìn)管控技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高農(nóng)作物種植的科學(xué)性及監(jiān)測(cè)的有效性具有重要作用。由此，首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系及關(guān)鍵技術(shù)，然后，具體探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2014）21-00-02

物聯(lián)網(wǎng)是指針對(duì)有限管理對(duì)象的特定網(wǎng)絡(luò)，其以完善管理以控制為主旨，利用網(wǎng)絡(luò)、識(shí)別器及傳感技術(shù)等將管理對(duì)象相互連接，從而完成情報(bào)處理、信息識(shí)別與感知、決策執(zhí)行、態(tài)勢(shì)診斷等智能化控制與管理過(guò)程。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，可改善原有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方式，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以節(jié)省大量人力、物理，并采集有效作物及作為環(huán)境信息，提高種植和監(jiān)測(cè)的科學(xué)性。因此，加強(qiáng)有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用探討，對(duì)于改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用水平具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 體系及其關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由網(wǎng)絡(luò)層、感知層、應(yīng)用層構(gòu)成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)能夠開(kāi)展基礎(chǔ)服務(wù)的基本條件，其主要用于傳輸感知層獲取的信息，利用廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)等完成信息數(shù)據(jù)的計(jì)算與傳遞。

1.1.2 感知層

感知層主要利用傳感器、RFID電子標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)及讀寫(xiě)器等，完成對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的識(shí)別、感知與信息獲取，然后將獲取的信息同網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息交互與共享[1]。

1.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是完成輸入輸出的控制終端，其主要用于數(shù)據(jù)處理分析與決策，其可通過(guò)PC機(jī)和現(xiàn)代智能手機(jī)等采用智能化應(yīng)用程序完成特定服務(wù)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的交互。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)主要采用較多的傳感器節(jié)點(diǎn)按照無(wú)線通信模式架構(gòu)成一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的融合處理、量化采集及應(yīng)用傳輸?shù)冗^(guò)程。所以，傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各類(lèi)對(duì)象信息及環(huán)境進(jìn)行采集、感知和監(jiān)測(cè)，由此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算分析的服務(wù)。

1.2.2 傳感器技術(shù)

傳感器是完成對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的重要手段，且是物理網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)的關(guān)鍵，主要用于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)所需數(shù)據(jù)信息的收集。傳感器通常由轉(zhuǎn)換元件、敏感元件構(gòu)成，根據(jù)位移、電、濕度、熱、聲、力和光等信號(hào)對(duì)物體信息進(jìn)行感知，進(jìn)而向物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)提供原狀信息。不同類(lèi)型的傳感器其工作原理也大部相同。在傳感器生產(chǎn)技術(shù)不斷更新的推動(dòng)下，逐漸涌現(xiàn)出更多高性能的傳感器類(lèi)型。傳感器的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)傳感器自身的網(wǎng)絡(luò)化與智能化、信息感知2個(gè)方面。

1.2.3 無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

無(wú)線自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)主要由天線、讀寫(xiě)器及電子標(biāo)簽構(gòu)成，其一般工作原理為：在天線的射頻場(chǎng)內(nèi)放入電子標(biāo)簽時(shí)將會(huì)形成感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽自身被激活而轉(zhuǎn)化為內(nèi)置電源；電子標(biāo)簽利用內(nèi)置天線把標(biāo)簽內(nèi)的存儲(chǔ)信息向外傳遞；讀寫(xiě)器將接收到的信息進(jìn)行解碼和解調(diào)，然后，將信息傳遞到后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施特定處理。此處理過(guò)程完全自動(dòng)化進(jìn)行且能在各類(lèi)非正常環(huán)境下應(yīng)用。當(dāng)前的無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在交通運(yùn)輸、動(dòng)物識(shí)別、物流管理、農(nóng)畜產(chǎn)品安全生產(chǎn)監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生及產(chǎn)品追蹤中獲得廣泛應(yīng)用[2]。

2 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 農(nóng)業(yè)信息推送

通常認(rèn)為農(nóng)業(yè)信息推送僅僅指天氣預(yù)報(bào)方面，然而當(dāng)代農(nóng)業(yè)的正常發(fā)展則需要依靠其他大量支撐因素，如將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在養(yǎng)殖業(yè)中，相關(guān)監(jiān)控人員便能實(shí)施掌握魚(yú)塘數(shù)據(jù)，并對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)短信平臺(tái)將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)礁黟B(yǎng)殖戶手中，提醒養(yǎng)殖戶及時(shí)采取疾病預(yù)警、天氣預(yù)警等防護(hù)措施，以盡量降低惡劣環(huán)境因素導(dǎo)致的損失；還有部分地區(qū)將測(cè)土配方及施肥數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)傳輸?shù)睫r(nóng)民手機(jī)中，為農(nóng)民的施肥及播種等提供技術(shù)支撐。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)

目前，國(guó)內(nèi)食品安全問(wèn)題多發(fā)，其中食品監(jiān)管不善是其重要原因之一，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到食品監(jiān)管中，可為食品質(zhì)量檢測(cè)提供有效支持手段。已研發(fā)出的食品安全追溯系統(tǒng)將無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到當(dāng)前畜牧業(yè)食品生產(chǎn)的全過(guò)程中，包括產(chǎn)品加工、飼養(yǎng)、食品流通和防疫滅菌等。如將無(wú)線自動(dòng)識(shí)別芯片注入到生豬身上，對(duì)生豬飼養(yǎng)、屠宰、銷(xiāo)售的總體生命過(guò)程進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，特別是對(duì)生豬的飼養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)程，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體溫及生長(zhǎng)環(huán)境等數(shù)據(jù)；待生豬屠宰后，對(duì)各地區(qū)的豬肉銷(xiāo)售店安置電子溯源秤，消費(fèi)者在豬肉購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中可收取有關(guān)視頻安全溯源碼的憑證條，根據(jù)憑證條上的溯源碼對(duì)生豬的屠宰單位、飼養(yǎng)單位、檢疫部門(mén)等信息進(jìn)行查詢。

2.3 生物傳感器

生物傳感器是一種對(duì)生物物質(zhì)反應(yīng)強(qiáng)烈并能將生物濃度轉(zhuǎn)化成電信號(hào)實(shí)施檢測(cè)的儀器。其主要將微生物、酶、核酸、細(xì)胞、抗體、組織及抗原等生物活性物質(zhì)制作的敏感材料當(dāng)做基本識(shí)別單元，使用壓電晶體管、氧電極、場(chǎng)效應(yīng)管、光敏管等制作理化換能器，同時(shí)，具備轉(zhuǎn)換器與接收器的功能。生物傳感器是將醫(yī)學(xué)、生物、物理、化學(xué)及電子等多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合使用的高新技術(shù)，其本身具有投資小、高靈敏度、可在惡劣環(huán)境下完成在線連續(xù)監(jiān)測(cè)、選擇性強(qiáng)、分析效率高等優(yōu)點(diǎn)，且其具備集成化、微型化及智能化等優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、動(dòng)植物檢測(cè)等領(lǐng)域中均可適用[3]。

生物傳感器的具體應(yīng)用：（1）空氣濕度、土壤濕度、光照、二氧化碳濃度等對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)都起著非常關(guān)鍵的作用。在溫室內(nèi)使用生物傳感器，利用不同傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)土質(zhì)pH值、成分、濕度、溫度及二氧化碳濃度、氣壓、空氣濕度、光照強(qiáng)度等進(jìn)行測(cè)量，然后在數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上對(duì)溫度環(huán)境、施肥等進(jìn)行自動(dòng)控制，以此為農(nóng)作物生長(zhǎng)營(yíng)造最優(yōu)氛圍。在溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)信息數(shù)據(jù)分析處理，并將傳感器節(jié)點(diǎn)同無(wú)線傳感器結(jié)合，由此將無(wú)線傳感器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行大范圍的管理和分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管控的高效化與科學(xué)化。（2）對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)，水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)造成影響，利用生物傳感器可對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)溶氧量、pH值、水溫及氨氮含量等水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警，在參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)便采取自動(dòng)防控措施進(jìn)行處理并將事故信息及時(shí)傳輸?shù)金B(yǎng)殖戶手中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可有效改善種植、養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 節(jié)水灌溉無(wú)線傳感網(wǎng)

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，灌溉所需的用水量通常會(huì)占到總用水量的70%以上。因維護(hù)技術(shù)缺陷和人為管理不善等原因，使得當(dāng)前灌溉用水浪費(fèi)非常嚴(yán)重，其有效利用率僅在35%左右。如果能對(duì)土壤墑情信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而調(diào)控灌溉水量及時(shí)機(jī)，由此便能有效改善用水率。若通過(guò)人工定時(shí)進(jìn)行墑情檢測(cè)，不僅會(huì)浪費(fèi)大量人力物力，還會(huì)影響檢測(cè)實(shí)際效果；而使用有線測(cè)控系統(tǒng)，一方面需進(jìn)行綜合布線排線，且擴(kuò)展效果低，另一方面容易給農(nóng)田耕種等造成干擾。所以通過(guò)研發(fā)設(shè)計(jì)出一種以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，此種系統(tǒng)主要采用能耗低的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按照Z(yǔ)igBee自組網(wǎng)模式進(jìn)行架構(gòu)，能對(duì)土壤墑情進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)控。農(nóng)田節(jié)水灌溉控制的自動(dòng)化過(guò)程，不僅能夠提高灌溉用水的利用率，緩解當(dāng)前灌溉用水緊張的難題，還能為農(nóng)作物生長(zhǎng)提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

3 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究，總結(jié)物聯(lián)網(wǎng)使用關(guān)鍵技術(shù)及重要應(yīng)用模式，以逐步改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)

[1]曹靜，凡燕，朱科峰，等.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于江蘇農(nóng)業(yè)的發(fā)展分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，13（14）：74-75.

[2]朱會(huì)霞，王福林，索瑞霞.物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，6（10）：61-62.

[3]潘明，鐘鋒.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2011，5（35）：57-58.

（責(zé)任編輯：劉昀）endprint